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    <title>IP协议 - Hexo</title>
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IP协议为上层协议 提供无状态、无连接、不可靠的服务

无状态（stateless）是指IP通信双方不同步传输数据的状态信息，因此所有IP数据报的发送、传输,"> 
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    <h3 class="subtitle">IP协议</h3>
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        <h1 class="title">IP协议</h1>
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            <span>二月 08, 2022</span>
            
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            <h1 id="2-IP协议详解"><a href="#2-IP协议详解" class="headerlink" title="2. IP协议详解"></a>2. IP协议详解</h1><h2 id="2-1-IP服务的特点"><a href="#2-1-IP服务的特点" class="headerlink" title="2.1 IP服务的特点"></a>2.1 IP服务的特点</h2><blockquote>
<p>IP协议为上层协议 提供无状态、无连接、不可靠的服务</p>
<ul>
<li><strong>无状态（stateless）</strong>是指IP通信双方不同步传输数据的状态信息，因此所有IP数据报的发送、传输和接收都是相互独立、没有上下文关系的。</li>
<li><strong>无连接（connectionless）</strong>是指IP通信双方都不长久地维持对方的任何信息。所以，上层协议每次发送数据的时候都必须指明对方的IP地址</li>
<li><strong>不可靠</strong>是指IP协议不能保证IP数据报准确地到达接收端，它只是承诺尽最大的努力</li>
</ul>
</blockquote>
<h2 id="2-2-IPv4头部结构"><a href="#2-2-IPv4头部结构" class="headerlink" title="2.2 IPv4头部结构"></a>2.2 IPv4头部结构</h2><h3 id="2-2-1-IPv4头部结构"><a href="#2-2-1-IPv4头部结构" class="headerlink" title="2.2.1 IPv4头部结构"></a>2.2.1 IPv4头部结构</h3><p><img src="https://s2.loli.net/2022/02/08/ejkSq3nhY7rLIfR.png" alt="image-20220206210747740"></p>
<ul>
<li><p>4位版本号 指IP协议的版本</p>
</li>
<li><p>4位头部长度标识该IP头部有多少个32bit字（4字节）</p>
</li>
<li><p>8位服务类型包括一个3位的优先权字段（现在已经被忽略），4位的TOS字段和1位保留字段（必须置0）</p>
<ul>
<li>4位的TOS字段分别表示：最小延时，最大吞吐量，最高可靠性和最小费用。其中最大只能由一个置1</li>
</ul>
</li>
<li><p>16位总长度是指整个IP数据报的长度</p>
</li>
<li><p>16位标识唯一地标识主机发送的每一个数据包。其初始值由系统随机生成；每发送一个数据报，其值就加1.该值在数据报分片时被复制到每个分片中，因此同一个数据报的所有分片都具有相同的标识值</p>
</li>
<li><p>3位标志字段的第一位保留。第二位表示“禁止分片”。第三位表示”更多分片“，除了数据报的最后一个分片外，其他分片都要把它置1</p>
</li>
<li><p>13位分片偏移是分片相对原始IP数据报开始处（仅指数据部分）的偏移</p>
</li>
<li><p>8位生存时间（Time To Live，TTL）是指数据报到达目的地之前允许结果的路由器跳数。数据报在转发过程中每经过一个路由，该值就被路由器减1。当TTL减为0时，路由器将丢弃数据报</p>
</li>
<li><p>8位协议用来区分上层协议</p>
</li>
<li><p>16位校验和由发送端填充，接收端对其使用CRC算法检验IP数据报头部（仅检验头部）在传输过程中是否损坏</p>
</li>
<li><p>32位源端IP地址和目的端IP地址用来标识数据报的发送端和接收端（一般情况下不变）</p>
</li>
</ul>
<h2 id="2-3-IP-路由"><a href="#2-3-IP-路由" class="headerlink" title="2.3 IP 路由"></a>2.3 IP 路由</h2><h3 id="2-3-1-IP模块工作流程"><a href="#2-3-1-IP模块工作流程" class="headerlink" title="2.3.1 IP模块工作流程"></a>2.3.1 IP模块工作流程</h3><p><img src="https://s2.loli.net/2022/02/08/75r9LohUNCGvMYl.png" alt="image-20220208192642621"></p>
<ul>
<li>当IP模块接收到数据链路层的IP数据报时，它首先对该数据报的头部做<strong>CRC检验</strong>，确认无误后分析其头部的具体信息</li>
<li>如果IP数据报的头部设置了源站选路选项，则IP模块调用<strong>数据报转发子模块</strong>来处理该数据报。</li>
<li>如果该IP数据报头部的目标IP地址是本机的某个IP地址，或者是一个广播地址，则IP模块就根据数据报头部中的协议字段来分用</li>
</ul>
<blockquote>
<p>转发</p>
</blockquote>
<ul>
<li>数据包哦转发子模块首先检测系统是否允许转发，如果不允许，则将数据报丢弃</li>
<li>如果允许，数据报转发模块对其进行一些操作，然后把它交给IP数据报输出子模块</li>
</ul>
<blockquote>
<p>路由</p>
<p>IP数据报应该发送至哪个下一跳路由，以及经过哪个网卡发送，就是I<strong>P路由过程</strong>，即图中“计算下一跳路由”子模块</p>
</blockquote>
<ul>
<li><p>IP实现数据报路由的核心数据结构是<strong>路由表</strong></p>
</li>
<li><p>这个表按照数据报的目标IP地址分类，同一类型的IP数据报将被发往相同的下一跳路由</p>
</li>
</ul>
<blockquote>
<p>IP输出队列</p>
</blockquote>
<ul>
<li>里面存放的是所有等待发送的IP数据报</li>
</ul>
<h3 id="2-3-2-路由机制"><a href="#2-3-2-路由机制" class="headerlink" title="2.3.2 路由机制"></a>2.3.2 路由机制</h3><blockquote>
<p> 路由表内容</p>
</blockquote>
<p><img src="https://s2.loli.net/2022/02/08/ce8qNIYBinLrtMk.png" alt="image-20220208200639157"></p>
<p><img src="https://s2.loli.net/2022/02/08/tKZYiXHd7oBFz1P.png" alt="image-20220208200150983"></p>
<blockquote>
<p>IP 的路由机制，分为3个步骤</p>
</blockquote>
<ol>
<li>查找路由表中和数据报的目标IP地址完全匹配的主机IP地址。如果找到就用该路由项，否则转到2</li>
<li>查找路由表中的数据报的目标IP地址具有相同网路ID的网络地址（即路由表中的第二项）。如果找到，就使用该路由项；没有就转到3</li>
<li>选择默认路由项，这通常意味着数据报的下一跳路由是网关</li>
</ol>
<blockquote>
<p>因此，所有发送到IP地址为192.168.1.*的机器的IP数据报都可以直接发送到目标机器（匹配路由第二项），而所有访问因特网的请求都将通过网关来转发（匹配默认路由项）</p>
</blockquote>
<h3 id="2-3-3-IP转发"><a href="#2-3-3-IP转发" class="headerlink" title="2.3.3 IP转发"></a>2.3.3 IP转发</h3><blockquote>
<p>路由器都执行数据报的转发操作，而主机一般只发送和接收数据报，这是因为主机上的**&#x2F;proc&#x2F;sys&#x2F;net&#x2F;ipv4&#x2F;ip_forward内核参数被设置为0**，可以通过修改它来使能主机的数据报转发功能</p>
</blockquote>
<figure class="highlight plaintext"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line">echo 1 &gt; /proc/sys/net/ipv4/ip_forward</span><br></pre></td></tr></table></figure>



<blockquote>
<p>对于允许IP数据报转发的系统（主机或路由器），数据报转发子模块将对期望转发的数据报执行如下操作</p>
</blockquote>
<ol>
<li>检查数据报头部的TTL值。如果TTL值已经是0，则丢弃该数据报</li>
<li>查看数据报头部的严格源路由选择项。如果该选项被设置，则检测数据报的目标IP地址是否是本机的某个IP地址。如果不是，则发送一个ICMP源站选路失败报文给发送端</li>
<li>如果有必要，则给源端发送一个ICMP重定向报文，以告诉它一个更合理的下一跳路由器</li>
<li>将TTL值减1</li>
<li>处理IP头部选项</li>
<li>如果有必要，则执行IP分片操作</li>
</ol>

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